JP2016003979A - Sensor signal detection circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor signal detection circuit capable of appropriately detecting a sensor signal using a simple configuration.SOLUTION: The present invention pertains specifically to a contact detection circuit 9 for detecting a change in a direct-current sensor signal S based on a change in the physical quantity to be detected. The contact detection circuit 9 comprises: a reference signal generation circuit 22 for generating a reference signal K(S0+S1) from the direct-current sensor signal S; a trigger signal output circuit 24 for comparing the direct-current sensor signal S and the reference signal, and outputting a trigger signal TG on the basis of the result of the comparison; and a sample-and-hold circuit 23 which, when the trigger signal TG is outputted, holds the reference signal at start of the outputting of the trigger signal TG, and which, while the trigger signal TG is being outputted, outputs the reference signal that is held to the trigger signal output circuit 24. The trigger signal output circuit 24 uses, for comparison with the direct-current sensor signal S, the reference signal that is outputted from the sample-and-hold circuit 23 when the trigger signal TG is being outputted.

Description

本発明は、センサ信号検知回路に係り、特にスタイラスの振動状態の変化から接触を検知する振動型タッチ信号プローブの接触検知回路に関する。   The present invention relates to a sensor signal detection circuit, and more particularly to a contact detection circuit of a vibration type touch signal probe that detects contact from a change in vibration state of a stylus.

従来、被測定物の形状や寸法の測定を行う測定機として、ハイトゲージ、三次元測定機、輪郭測定機等が知られている。これらのうち接触式の測定機では、被測定物との接触を検知するタッチ信号プローブが用いられる。タッチ信号プローブとしては種々のものが知られている。そのひとつに超音波タッチトリガプローブがある(例えば特許文献1)。超音波タッチトリガプローブは、圧電素子によりスタイラスに振動を与え、その振幅や周波数の変化をモニタして接触を検知する。   Conventionally, height gauges, three-dimensional measuring machines, contour measuring machines, and the like are known as measuring machines for measuring the shape and dimensions of an object to be measured. Among these, a contact-type measuring machine uses a touch signal probe that detects contact with an object to be measured. Various touch signal probes are known. One of them is an ultrasonic touch trigger probe (for example, Patent Document 1). The ultrasonic touch trigger probe vibrates the stylus with a piezoelectric element, and detects contact by monitoring changes in amplitude and frequency.

この圧電素子を用いた接触検知では、圧電素子は正帰還制御によって共振状態で励振されて、圧電素子の検出電極から得られる検出出力信号が正弦波状の信号となる。この正弦波状信号は、接触子が被測定物に接触することにより振幅や周波数が変化する。例えば、図6に示す従来の第1の接触検知回路のように、振幅情報によって接触を検出するには、得られた正弦波状信号から振幅情報のみを検波抽出した直流センサ信号Sを得て、この直流センサ信号Sの接触による急激な直流レベル低下点でトリガ信号TGを生成する振幅変化検知回路が用いられる。この振幅変化検知回路では、直流センサ信号Sを一定の基準電位VREFと比較して、トリガ信号TGを生成している。   In contact detection using this piezoelectric element, the piezoelectric element is excited in a resonance state by positive feedback control, and a detection output signal obtained from the detection electrode of the piezoelectric element becomes a sinusoidal signal. The amplitude and frequency of the sinusoidal signal change when the contact contacts the object to be measured. For example, as in the conventional first contact detection circuit shown in FIG. 6, in order to detect contact by amplitude information, a DC sensor signal S obtained by detecting and extracting only amplitude information from the obtained sinusoidal signal is obtained. An amplitude change detection circuit that generates a trigger signal TG at a point where the direct current level drops rapidly due to the contact of the direct current sensor signal S is used. In this amplitude change detection circuit, the trigger signal TG is generated by comparing the DC sensor signal S with a constant reference potential VREF.

しかし、プローブの接触検知に値が一定の基準電位VREFを用いた場合には、プローブが被測定物に接触していないのにもかかわらず、プローブが被測定物に接触したと誤検知することが問題となる。これは以下の原因による。直流センサ信号Sは、多くの場合において、直流オフセット分にうねり等によるゆっくりした振幅変化を示す低周波の状態変動成分と高周波のノイズ成分が重畳されている。したがって、基準電位VREFの設定によっては、図6に示すように、直流センサ信号Sの急激な直流レベル変化点ではないところで、低周波の状態変動成分と高周波ノイズとが基準電位VREFと重なり、プローブが被測定物に接触したと誤検知して、誤信号が出力されることがあった。この誤検知が検出すべき物理量に対する大きな誤差の原因となっていた。   However, when the reference potential VREF having a constant value is used for probe contact detection, it is erroneously detected that the probe is in contact with the object to be measured even though the probe is not in contact with the object to be measured. Is a problem. This is due to the following reasons. In many cases, the DC sensor signal S includes a low-frequency state fluctuation component and a high-frequency noise component that show a slow amplitude change due to undulation or the like in the DC offset. Therefore, depending on the setting of the reference potential VREF, as shown in FIG. 6, the low frequency state fluctuation component and the high frequency noise overlap with the reference potential VREF at a point where the direct current sensor signal S is not suddenly changed, as shown in FIG. May erroneously detect that the sensor has touched the object to be measured, and an erroneous signal may be output. This erroneous detection has caused a large error with respect to the physical quantity to be detected.

そのような誤検知を回避するために、直流センサ信号Sの直流オフセット分S0と低周波の状態変動成分S1とをローパスフィルタを用いて抽出し、この低周波の状態変動成分S1を含む直流センサ信号(S0+S1)を振幅変換した信号K(S0+S1)を基準信号として用いる技術が提案されている(例えば特許文献2)。   In order to avoid such false detection, the DC sensor signal S is extracted with a DC offset component S0 and a low-frequency state fluctuation component S1 using a low-pass filter, and the DC sensor includes the low-frequency state fluctuation component S1. A technique using a signal K (S0 + S1) obtained by amplitude-converting the signal (S0 + S1) as a reference signal has been proposed (for example, Patent Document 2).

しかし、図7に示すように、特許文献2に記載された従来の第2の接触検知回路では、タッチ信号プローブが被測定物に接触されたままの状態が継続された場合などにおいて、プローブが被測定物に接触され続けているにもかかわらず、プローブが被測定物から離れたと誤検知して、誤信号が出力されることがあった。   However, as shown in FIG. 7, in the conventional second contact detection circuit described in Patent Document 2, when the touch signal probe is kept in contact with the object to be measured, the probe is not In spite of being kept in contact with the object to be measured, an erroneous signal may be output due to a false detection that the probe has moved away from the object to be measured.

上述した接触の誤検知および非接触の誤検知に対し、これらを回避するための技術が提案されている(例えば特許文献3)。
特許文献3の技術は、上述した特許文献2の技術を基礎としている。
図8に示すように、特許文献3に記載された従来の第3の接触検知回路300は、ローパスフィルタ301と、変換回路302と、選択回路303と、比較回路304と、変換回路305とを備えている。
A technique for avoiding these erroneous detections of contact and non-contact detection has been proposed (for example, Patent Document 3).
The technique of Patent Document 3 is based on the technique of Patent Document 2 described above.
As shown in FIG. 8, the conventional third contact detection circuit 300 described in Patent Document 3 includes a low-pass filter 301, a conversion circuit 302, a selection circuit 303, a comparison circuit 304, and a conversion circuit 305. I have.

図9に示すように、従来の第3の接触検知回路300は、比較回路304において、直流センサ信号Sと基準信号Rとを比較し、直流センサ信号Sが基準信号Rよりも小さいときに、トリガ信号TGを生成する。トリガ信号TGが生成されていないときには、直流センサ信号(S0+S1)を振幅変換した信号R1=K(S0+S1)を基準信号Rとして用いている。R1の値は(S0+S1)に追従して変化する。一方、トリガ信号TGが生成されているときには、トリガ信号TGが立ち上がった時刻t1における基準信号Rのサンプリング値Rt1を用いて信号R2=m・Rt1を算出するとともに、このR2を基準信号Rとして用いている。R2の値は一定であり変化しない。そして、トリガ信号TGが立ち下がったとき(時刻t2)には、基準信号Rを信号R1に戻す。   As shown in FIG. 9, the conventional third contact detection circuit 300 compares the DC sensor signal S with the reference signal R in the comparison circuit 304, and when the DC sensor signal S is smaller than the reference signal R, A trigger signal TG is generated. When the trigger signal TG is not generated, the signal R1 = K (S0 + S1) obtained by converting the amplitude of the DC sensor signal (S0 + S1) is used as the reference signal R. The value of R1 changes following (S0 + S1). On the other hand, when the trigger signal TG is generated, the signal R2 = m · Rt1 is calculated using the sampling value Rt1 of the reference signal R at the time t1 when the trigger signal TG rises, and this R2 is used as the reference signal R. ing. The value of R2 is constant and does not change. When the trigger signal TG falls (time t2), the reference signal R is returned to the signal R1.

特開平6−221806号公報JP-A-6-221806 特開平10−111143号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-111143 特開2009−276238号公報JP 2009-276238 A

しかし、特許文献3の技術では、基準信号Rとして信号R1=K(S0+S1)と信号R2=m・Rt1との両方を算出する必要があるため、構成が複雑になる。   However, in the technique of Patent Document 3, since it is necessary to calculate both the signal R1 = K (S0 + S1) and the signal R2 = m · Rt1 as the reference signal R, the configuration becomes complicated.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成によりセンサ信号の検知を適切に行うことができるセンサ信号検知回路を提供するところにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a sensor signal detection circuit that can appropriately detect a sensor signal with a simple configuration.

本発明のセンサ信号検知回路は、検出すべき物理量の変化に基づく直流センサ信号の変化を検出するセンサ信号検知回路において、前記直流センサ信号から基準信号を生成する基準信号生成部と、前記直流センサ信号と前記基準信号とを比較するとともに、その比較結果に基づいてトリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、前記トリガ信号が出力されたときに、前記トリガ信号の出力開始時点における前記基準信号をホールドして、前記トリガ信号が出力されている間はホールドした前記基準信号を前記トリガ信号出力部に出力する基準信号ホールド部とを備え、前記トリガ信号出力部は、前記トリガ信号が出力されているときに、前記基準信号ホールド部から出力された前記基準信号を、前記直流センサ信号との比較に用いることを特徴とする。   The sensor signal detection circuit of the present invention is a sensor signal detection circuit for detecting a change in a DC sensor signal based on a change in a physical quantity to be detected, a reference signal generation unit that generates a reference signal from the DC sensor signal, and the DC sensor A trigger signal output unit that compares a signal with the reference signal and outputs a trigger signal based on the comparison result; and when the trigger signal is output, the reference signal at the output start time of the trigger signal A reference signal holding unit that holds and outputs the held reference signal to the trigger signal output unit while the trigger signal is output, and the trigger signal output unit outputs the trigger signal. The reference signal output from the reference signal hold unit is used for comparison with the DC sensor signal. To.

本発明では、直流センサ信号から基準信号を生成し、直流センサ信号と基準信号とを比較し、その比較結果に基づいてトリガ信号を出力する。また、トリガ信号が出力されたときに、トリガ信号の出力開始時点における基準信号をホールドして、トリガ信号が出力されている間はホールドした基準信号をトリガ信号出力部に出力する。
このように、トリガ信号の出力時点における基準信号をホールドして、ホールドした基準信号をその後におけるセンサ信号との比較に用いる。これにより、トリガ信号が出力されている間、直流センサ信号と基準信号との比較を安定して行うことができ、センサ信号の検知を正確に行うことができる。
In the present invention, a reference signal is generated from a DC sensor signal, the DC sensor signal and the reference signal are compared, and a trigger signal is output based on the comparison result. Also, when the trigger signal is output, the reference signal at the start of trigger signal output is held, and the held reference signal is output to the trigger signal output unit while the trigger signal is output.
In this way, the reference signal at the time of outputting the trigger signal is held, and the held reference signal is used for comparison with the sensor signal thereafter. Thereby, while the trigger signal is output, the comparison between the DC sensor signal and the reference signal can be stably performed, and the sensor signal can be detected accurately.

本発明のセンサ信号検知回路において、前記基準信号ホールド部における基準信号のホールドは、コンデンサに電荷が蓄えられて電圧が保持されることにより行われることが好ましい。   In the sensor signal detection circuit of the present invention, it is preferable that the reference signal is held in the reference signal holding unit by storing a charge in a capacitor and holding a voltage.

本発明では、基準信号ホールド部における基準信号のホールドは、コンデンサに電荷が蓄えられて電圧が保持されることにより行われる。つまり、基準信号ホールド部におけるホールドの実行は、ソフトウェアではなく、コンデンサを有するハードウェアにより行われる。したがって、ホールド用の基準信号を算出する場合と異なり、ホールドのためのソフトウェアを備える必要がなく、その分、構成を簡単にすることができる。   In the present invention, the reference signal is held in the reference signal hold unit by storing the charge in the capacitor and holding the voltage. That is, the holding in the reference signal hold unit is performed not by software but by hardware having a capacitor. Therefore, unlike the case of calculating the reference signal for holding, it is not necessary to provide software for holding, and the configuration can be simplified correspondingly.

本発明では、前記直流センサ信号は、直流レベル変動成分に低周波の状態変動成分と高周波のノイズ成分とが重畳されており、前記直流センサ信号を入力して前記高周波のノイズ成分と前記直流レベル変動成分を遮断して前記低周波の状態変動成分を出力するローパスフィルタ部をさらに備え、前記ローパスフィルタ部を通過した前記直流センサ信号が、前記トリガ信号出力部において前記基準信号との比較に用いられることが好ましい。   In the present invention, in the DC sensor signal, a low frequency state fluctuation component and a high frequency noise component are superimposed on a DC level fluctuation component, and the high frequency noise component and the DC level are input by inputting the DC sensor signal. A low-pass filter unit that cuts out a fluctuation component and outputs the low-frequency state fluctuation component is further provided, and the DC sensor signal that has passed through the low-pass filter unit is used for comparison with the reference signal in the trigger signal output unit. It is preferred that

本発明では、直流センサ信号をローパスフィルタ部に通すことにより、高周波のノイズ成分と検出すべき急激な直流レベル変動成分とが除去され、低周波の状態変動成分のみを含む直流センサ信号を得ることができる。そのような直流センサ信号を基準信号との比較に用いることで、センサ信号の検知をより正確に行うことができる。   In the present invention, by passing the DC sensor signal through the low-pass filter unit, the high-frequency noise component and the sudden DC level fluctuation component to be detected are removed, and the DC sensor signal including only the low-frequency state fluctuation component is obtained. Can do. By using such a DC sensor signal for comparison with the reference signal, the sensor signal can be detected more accurately.

本発明のセンサ信号検知回路において、前記直流センサ信号は、圧電素子により駆動されるタッチ信号プローブの正弦波状の出力信号から振幅情報を抽出して得られたものであることが好ましい。   In the sensor signal detection circuit of the present invention, it is preferable that the DC sensor signal is obtained by extracting amplitude information from a sinusoidal output signal of a touch signal probe driven by a piezoelectric element.

タッチ信号プローブの正弦波状の出力信号から振幅情報を抽出して直流センサ信号を得ると、直流センサ信号には様々な成分が重畳されている。その中には、温度変化や経時変化等による状態変動成分が含まれる。前述したように本発明では、直流センサ信号から基準信号を生成するので、状態変動成分が直流センサ信号と基準信号の両方に含まれる。つまり、状態変動の影響が両者の比較に対しては及ばない。したがって、ノイズ成分の振幅変換の比率を適切に設定するだけで、確実に直流レベル変化点を検出することができる。   When amplitude information is extracted from a sinusoidal output signal of the touch signal probe to obtain a DC sensor signal, various components are superimposed on the DC sensor signal. This includes state fluctuation components due to temperature changes and changes with time. As described above, in the present invention, since the reference signal is generated from the DC sensor signal, the state variation component is included in both the DC sensor signal and the reference signal. In other words, the influence of the state change does not reach the comparison between the two. Therefore, the DC level change point can be reliably detected only by appropriately setting the ratio of the amplitude conversion of the noise component.

本発明の実施形態に係るセンサ信号検知回路を接触検知回路として適用した接触センサの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the contact sensor which applied the sensor signal detection circuit which concerns on embodiment of this invention as a contact detection circuit. 接触検知回路のブロック図。The block diagram of a contact detection circuit. サンプルアンドホールド回路の回路図。The circuit diagram of a sample and hold circuit. 接触検知回路による接触検知を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the contact detection by a contact detection circuit. サンプルアンドホールド回路による基準信号の出力処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the output process of the reference signal by a sample and hold circuit. 従来の第1の接触検知回路による接触検知の例を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the example of the contact detection by the conventional 1st contact detection circuit. 従来の第2の接触検知回路による接触検知の例を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the example of the contact detection by the conventional 2nd contact detection circuit. 従来の第3の接触検知回路のブロック図。The block diagram of the conventional 3rd contact detection circuit. 従来の第3の接触検知回路による接触検知の例を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the example of the contact detection by the conventional 3rd contact detection circuit.

以下、本発明に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るセンサ信号検知回路を接触検知回路9として実現した接触センサの概略構成を示す図である。接触センサのスタイラス1は、先端に球状の接触子3を有している。また、スタイラス1の後端にはスタイラス1の姿勢を維持するためのバランサ4が設けられている。また、スタイラス1は、スタイラスホルダ2により軸方向の略中央部を保持されている。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a contact sensor in which a sensor signal detection circuit according to an embodiment of the present invention is realized as a contact detection circuit 9. The stylus 1 of the contact sensor has a spherical contact 3 at the tip. A balancer 4 for maintaining the posture of the stylus 1 is provided at the rear end of the stylus 1. Further, the stylus 1 is held at a substantially central portion in the axial direction by a stylus holder 2.

スタイラス1の略中央部には、スタイラス1に振動を与える圧電素子5が取り付けられている。圧電素子5は、スタイラス1に振動を与えるための加振電極51と、接触子3の接触を検知するための検出電極52とを備えている。加振電極51には、駆動回路8から駆動信号が与えられる。   A piezoelectric element 5 that applies vibration to the stylus 1 is attached to a substantially central portion of the stylus 1. The piezoelectric element 5 includes a vibration electrode 51 for applying vibration to the stylus 1 and a detection electrode 52 for detecting the contact of the contact 3. A drive signal is given to the excitation electrode 51 from the drive circuit 8.

検出電極52において得られる機械−電気変換出力信号は、検知回路6により検知される。検知回路6の出力信号は駆動回路8に正帰還され、この帰還制御により圧電素子5は所定の共振周波数で励振されるように構成されている。   The mechanical-electrical conversion output signal obtained at the detection electrode 52 is detected by the detection circuit 6. The output signal of the detection circuit 6 is positively fed back to the drive circuit 8, and the piezoelectric element 5 is excited at a predetermined resonance frequency by this feedback control.

検知回路6から出力される検出出力信号は、接触子3が被測定物に接触することにより振幅が減少する正弦波状信号である。振幅抽出回路7は、この検知回路6の圧電素子5の検出電極52から得られた正弦波状信号の振幅情報のみを検波抽出して、直流センサ信号Sを出力する。振幅抽出回路7は例えば、交流を直流に変換する全波整流回路と、整流後に残った交流成分を平滑化する平滑回路とを備える。   The detection output signal output from the detection circuit 6 is a sinusoidal signal whose amplitude decreases when the contact 3 contacts the object to be measured. The amplitude extraction circuit 7 detects and extracts only the amplitude information of the sinusoidal signal obtained from the detection electrode 52 of the piezoelectric element 5 of the detection circuit 6 and outputs the DC sensor signal S. The amplitude extraction circuit 7 includes, for example, a full-wave rectification circuit that converts alternating current into direct current, and a smoothing circuit that smoothes the alternating current component remaining after rectification.

接触検知回路9は、この直流センサ信号Sから、接触子3の接触によって急減に減少する直流レベル変動成分S3の変化を検出して、トリガ信号TGを出力する。   The contact detection circuit 9 detects, from the DC sensor signal S, a change in the DC level fluctuation component S3 that decreases rapidly due to the contact of the contact 3, and outputs a trigger signal TG.

次に、この接触検知回路9の構成の詳細を、図2のブロック図を参照して説明する。
接触検知回路9は、直流センサ信号Sが入力されるローパスフィルタ21(ローパスフィルタ部)と、ローパスフィルタ21の出力信号をレベル変換する基準信号生成回路22(基準信号生成部)と、基準信号生成回路22の出力信号をサンプルまたはホールドするサンプルアンドホールド回路(基準信号ホールド部)23と、直流センサ信号Sとサンプルアンドホールド回路23の出力信号との比較結果に基づいてトリガ信号TGを生成し出力するトリガ信号出力回路(トリガ信号出力部)24とを備えている。
Next, details of the configuration of the contact detection circuit 9 will be described with reference to the block diagram of FIG.
The contact detection circuit 9 includes a low-pass filter 21 (low-pass filter unit) to which the DC sensor signal S is input, a reference signal generation circuit 22 (reference signal generation unit) that converts the level of the output signal of the low-pass filter 21, and a reference signal generation A trigger signal TG is generated and output based on a comparison result between the sample and hold circuit (reference signal hold unit) 23 that samples or holds the output signal of the circuit 22 and the DC sensor signal S and the output signal of the sample and hold circuit 23. And a trigger signal output circuit (trigger signal output unit) 24.

ローパスフィルタ21に入力される直流センサ信号Sは、直流オフセット分S0と、低周波の状態変動成分S1(温度変化や経時変化による変動分)と、高周波のノイズ成分S2と、接触子3の接触により検出される信号成分である直流レベル変動成分S3とが重畳されている(S=S0+S1+S2+S3)。   The DC sensor signal S input to the low-pass filter 21 includes a DC offset S0, a low-frequency state fluctuation component S1 (fluctuation due to temperature change and change over time), a high-frequency noise component S2, and the contact of the contact 3. Is superimposed on a DC level fluctuation component S3 which is a signal component detected by (S = S0 + S1 + S2 + S3).

ローパスフィルタ21は、この直流センサ信号Sの各成分のうち、高周波のノイズ成分S2および直流レベル変動成分S3を遮断し、直流オフセット分S0および低周波の状態変動成分S1のみ、つまり(S0+S1)を通過させる。   The low-pass filter 21 cuts off the high-frequency noise component S2 and the DC level fluctuation component S3 among the components of the DC sensor signal S, and only the DC offset component S0 and the low-frequency state fluctuation component S1, that is, (S0 + S1). Let it pass.

基準信号生成回路22は、この出力信号(S0+S1)に係数K(0<K<1)を乗算した信号R1=K(S0+S1)を出力する。この信号R1は、後述する基準信号Rとして選択的に用いられる。   The reference signal generation circuit 22 outputs a signal R1 = K (S0 + S1) obtained by multiplying the output signal (S0 + S1) by a coefficient K (0 <K <1). This signal R1 is selectively used as a reference signal R described later.

なお、この係数Kの値は、高周波のノイズ成分S2の振幅の大きさを考慮して決定される。すなわち、ΔS=(1−K)(S0+S1)の大きさを、高周波のノイズ成分S2の最大振幅|S2|よりも大きくすることにより、高周波のノイズ成分S2に影響されることなく、高精度の接触検出が可能となる。
ただし、係数Kを余り小さく設定すると、トリガ信号TGの発生時刻が、実際の接触子3の接触時刻と異なってきてしまうので、係数Kは、高周波のノイズ成分S2の影響を受けない範囲において可能な限り大きい値とするのが望ましい。
The value of the coefficient K is determined in consideration of the amplitude of the high frequency noise component S2. That is, by making the magnitude of ΔS = (1−K) (S0 + S1) larger than the maximum amplitude | S2 | of the high frequency noise component S2, it is possible to achieve high accuracy without being affected by the high frequency noise component S2. Contact detection is possible.
However, if the coefficient K is set too small, the generation time of the trigger signal TG will be different from the actual contact time of the contact 3, so that the coefficient K is possible in a range not affected by the high frequency noise component S2. It is desirable to make it as large as possible.

サンプルアンドホールド回路23は、後述するトリガ信号出力回路24からトリガ信号TGが出力されていないときには、信号R1=K(S0+S1)を逐次取得(サンプル)するとともに、取得した信号R1を基準信号Rとしてトリガ信号出力回路24に逐次出力する。一方、トリガ信号TGが出力された時にトリガ信号TGの出力開始時における信号をホールドするとともに、トリガ信号TGが出力されている間はホールドした信号を基準信号Rとして比較部に出力し続ける。つまり、サンプルアンドホールド回路23の出力信号は、トリガ信号TGが出力されていないときには信号R1とともに変動する変動値になり、トリガ信号TGが出力されているときには固定値になる。   The sample and hold circuit 23 sequentially acquires (samples) the signal R1 = K (S0 + S1) when the trigger signal TG is not output from the trigger signal output circuit 24 described later, and uses the acquired signal R1 as the reference signal R. The signals are sequentially output to the trigger signal output circuit 24. On the other hand, when the trigger signal TG is output, the signal at the start of the output of the trigger signal TG is held, and while the trigger signal TG is output, the held signal is continuously output to the comparison unit as the reference signal R. That is, the output signal of the sample and hold circuit 23 has a fluctuation value that fluctuates with the signal R1 when the trigger signal TG is not output, and becomes a fixed value when the trigger signal TG is output.

図3に示すように、サンプルアンドホールド回路23は、スイッチ231とコンデンサ232とを備える。スイッチ231は、トリガ信号TGが出力されていないときにオン状態になり、TGが出力されているときにオフ状態になるように構成されている。
サンプルアンドホールド回路23における信号R1のサンプルは、スイッチ231がオン状態のときに実行される。一方、サンプルアンドホールド回路23における基準信号Rのホールドは、スイッチ231がオフ状態のときに実行される。
スイッチ231がオフされることにより、コンデンサ232の電荷が保持され、入力される信号R1=K(S0+S1)の変動にかかわらず出力する基準信号Rがスイッチ231のオフ時の値にホールドされる。なお、サンプルアンドホールド回路23は市販されており、本実施形態においても市販品をそのまま使用することが可能である。
As shown in FIG. 3, the sample and hold circuit 23 includes a switch 231 and a capacitor 232. The switch 231 is configured to be turned on when the trigger signal TG is not output and to be turned off when the TG is output.
The sample of the signal R1 in the sample and hold circuit 23 is executed when the switch 231 is in the ON state. On the other hand, the holding of the reference signal R in the sample and hold circuit 23 is executed when the switch 231 is in the OFF state.
When the switch 231 is turned off, the electric charge of the capacitor 232 is held, and the reference signal R to be output is held at the value when the switch 231 is turned off regardless of the fluctuation of the input signal R1 = K (S0 + S1). The sample and hold circuit 23 is commercially available, and a commercially available product can be used as it is in this embodiment.

トリガ信号出力回路24は、直流センサ信号S(=S0+S1+S2+S3)とサンプルアンドホールド回路23から出力される基準信号R(=R1またはRt1)とを比較し、直流センサ信号Sが基準信号Rよりも小さいときにトリガ信号TGを生成し出力する。   The trigger signal output circuit 24 compares the DC sensor signal S (= S0 + S1 + S2 + S3) with the reference signal R (= R1 or Rt1) output from the sample and hold circuit 23, and the DC sensor signal S is smaller than the reference signal R. Sometimes a trigger signal TG is generated and output.

次に、本実施形態における接触検知回路9の動作を、図4のグラフおよび図5のフローチャートを参照しながら説明する。
ここでは、初期状態においてスタイラス1の接触子3は被測定物(図示せず)から離れており(非接触状態)、その後、接触子3が被測定物に接触し、その接触状態がしばらく維持された後、再び接触子3が被測定物から離れる(非接触状態に移行する)場合を例にとって説明する。
Next, the operation of the contact detection circuit 9 in the present embodiment will be described with reference to the graph of FIG. 4 and the flowchart of FIG.
Here, in the initial state, the contact 3 of the stylus 1 is separated from the object to be measured (not shown) (non-contact state), and then the contact 3 contacts the object to be measured, and the contact state is maintained for a while. After that, the case where the contact 3 is separated from the object to be measured again (shifts to a non-contact state) will be described as an example.

この場合において、直流センサ信号Sがローパスフィルタ21に入力されると(ステップ1(「S1」と図示。以下同じ))、高周波のノイズ成分S2および過渡的な直流レベル変動成分S3が遮断され、直流オフセット分S0と低周波の状態変動成分S1のみの信号(S0+S1)が抽出されて(ステップ2)出力される。基準信号生成回路22は、このローパスフィルタ21の出力信号(S0+S1)に係数Kを乗算し(ステップ3)、信号R1=K(S0+S1)を出力する。   In this case, when the DC sensor signal S is input to the low-pass filter 21 (step 1 (illustrated as “S1”, hereinafter the same)), the high-frequency noise component S2 and the transient DC level fluctuation component S3 are blocked, A signal (S0 + S1) having only the DC offset S0 and the low-frequency state fluctuation component S1 is extracted (step 2) and output. The reference signal generation circuit 22 multiplies the output signal (S0 + S1) of the low-pass filter 21 by a coefficient K (step 3), and outputs a signal R1 = K (S0 + S1).

時刻t1までの間(ステップ4:YES)は、スタイラス1の接触子3が被測定物に接触していない非接触状態なので、直流センサ信号Sは基準信号R=R1以上になっている。この非接触状態のときには、トリガ信号TGが出力されない(ステップ5)ので、スイッチ231がオン状態になっており、逐次変化する信号R1=K(S0+S1)が基準信号Rとして出力されている(ステップ6)。   Until the time t1 (step 4: YES), since the contact 3 of the stylus 1 is not in contact with the object to be measured, the DC sensor signal S is equal to or higher than the reference signal R = R1. In this non-contact state, the trigger signal TG is not output (step 5), so that the switch 231 is in the on state, and the sequentially changing signal R1 = K (S0 + S1) is output as the reference signal R (step). 6).

その後、接触子3が被測定物に接触して接触状態に移行すると、直流センサ信号Sが急激に減少して、時刻t1において直流センサ信号Sが信号R1を下回る(ステップ4:YES→NO)。すると、トリガ信号TGが出力され(ステップ7)、サンプルアンドホールド回路23における基準信号Rのホールドが実行される。図4に示すように、時刻t1における信号R1がRt1になっているので、時刻t1から時刻t2の基準信号Rは値Rt1にホールドされる(ステップ8)。 Thereafter, when the contact 3 comes into contact with the object to be measured and shifts to the contact state, the DC sensor signal S rapidly decreases, and the DC sensor signal S falls below the signal R1 at time t1 (step 4: YES → NO). . Then, the trigger signal TG is output (step 7), and the sample and hold circuit 23 holds the reference signal R. As shown in FIG. 4, since the signal R1 at time t1 is Rt1, the reference signal R from time t1 to time t2 is held at the value Rt1 (step 8).

すなわち、基準信号Rが、時刻t1を境にして、直流センサ信号Sの増減に従う変動値(信号R1)から固定値(信号Rt1)に切り換わる。時刻t1から時刻t2までの間は、接触状態が維持されているので、基準信号R=Rt1が直流センサ信号Sと比較される。   That is, the reference signal R switches from the fluctuation value (signal R1) according to the increase / decrease of the DC sensor signal S to the fixed value (signal Rt1) at the time t1. Since the contact state is maintained from time t1 to time t2, the reference signal R = Rt1 is compared with the DC sensor signal S.

その後、接触子3が被測定物から離れると、直流センサ信号Sが急激に増加して、時刻t2において直流センサ信号Sが信号R1を上回る(ステップ4:NO→YES)。すると、トリガ信号TGの出力が停止される(ステップ5)ので、スイッチ231がオン状態になり、信号R1=K(S0+S1)がサンプルアンドホールド回路23から再び出力される(ステップ6)。すなわち、基準信号Rが、時刻t2を境にして、固定値(信号Rt1)から変動値(信号R1)に切り換わる。   Thereafter, when the contact 3 is separated from the object to be measured, the DC sensor signal S increases rapidly, and the DC sensor signal S exceeds the signal R1 at time t2 (step 4: NO → YES). Then, since the output of the trigger signal TG is stopped (step 5), the switch 231 is turned on, and the signal R1 = K (S0 + S1) is output again from the sample and hold circuit 23 (step 6). That is, the reference signal R switches from the fixed value (signal Rt1) to the fluctuation value (signal R1) at the time t2.

このように、本実施形態では、トリガ信号TGが出力されていないとき(接触子3が非接触状態のとき)には、基準信号Rとして直流センサ信号S由来の変動成分である信号R1を用い、トリガ信号TGが出力されているとき(接触子3が接触状態のとき)には、基準信号Rとして固定値である信号Rt1を用いる。このように基準信号Rを切り換えることにより、変動成分である信号R1を基準信号Rとして使用し続ける場合および固定値である信号Rt1を基準信号Rとして使用し続ける場合と比較して、接触子3の接触/非接触を正確に判定することができる。   As described above, in the present embodiment, when the trigger signal TG is not output (when the contact 3 is in the non-contact state), the signal R1 that is a fluctuation component derived from the DC sensor signal S is used as the reference signal R. When the trigger signal TG is output (when the contact 3 is in contact), the signal Rt1 that is a fixed value is used as the reference signal R. By switching the reference signal R in this way, the contact 3 is compared with the case where the signal R1 which is a fluctuation component is continuously used as the reference signal R and the case where the signal Rt1 which is a fixed value is continuously used as the reference signal R. It is possible to accurately determine contact / non-contact.

また、本実施形態では、固定値である信号R2の値を、トリガ信号TGの出力開始時点における基準信号Rの値に設定する。この設定は、サンプルアンドホールド回路23のホールドによって行われる。サンプルアンドホールド回路23はスイッチ231およびコンデンサ232を用いて簡単に構成することが可能であり、市販もされている。したがって、信号R2(=m・Rt1)をソフトウェアによって算出する前記特許文献3に記載の発明と比較して、接触検知回路9の構成を簡単にすることができる。   In this embodiment, the value of the signal R2, which is a fixed value, is set to the value of the reference signal R at the output start time of the trigger signal TG. This setting is performed by holding of the sample and hold circuit 23. The sample and hold circuit 23 can be easily configured using the switch 231 and the capacitor 232 and is also commercially available. Therefore, the configuration of the contact detection circuit 9 can be simplified as compared with the invention described in Patent Document 3 in which the signal R2 (= m · Rt1) is calculated by software.

本発明は、前記実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、接触が検知された場合に、直流レベル変動成分S3の振幅が減少する場合を説明したが、これとは逆に、接触が検知された場合に直流レベル変動成分S3の振幅等が増加する場合にも、本発明は適用可能である。ただし、この場合には、係数Kの値を1より大きくする(K>1)必要がある。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above-described embodiment, the case where the amplitude of the direct current level fluctuation component S3 decreases when contact is detected has been described. On the contrary, when the contact is detected, the direct current level fluctuation component S3 includes The present invention is also applicable when the amplitude or the like increases. However, in this case, the value of the coefficient K needs to be larger than 1 (K> 1).

前記実施形態では、信号R1を、ローパスフィルタ21の出力信号(S0+S1)に係数Kを乗算する(R1=K(S0+S1))ことで算出しているが、ローパスフィルタ21の出力信号(S0+S1)から所定値Lを減算する(R1=S0+S1−L)ことで算出してもよい。   In the embodiment, the signal R1 is calculated by multiplying the output signal (S0 + S1) of the low-pass filter 21 by the coefficient K (R1 = K (S0 + S1)), but from the output signal (S0 + S1) of the low-pass filter 21. You may calculate by subtracting the predetermined value L (R1 = S0 + S1-L).

前記実施形態では、超音波タッチトリガプローブを用いた接触センサにおいて、直流センサ信号Sの振幅を抽出して接触検知を行う例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、直流センサ信号Sの周波数や位相を検出して、この周波数・位相の変化に基づいて接触を検知するものにも本発明を適用することが可能である。つまり、直流センサ信号S中に低周波の状態変動成分S1が含まれるセンサであれば、本発明を適用することが可能である。   In the embodiment described above, an example in which contact detection is performed by extracting the amplitude of the DC sensor signal S in the contact sensor using the ultrasonic touch trigger probe has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a device that detects the frequency and phase of the DC sensor signal S and detects contact based on the change in frequency and phase. That is, the present invention can be applied to any sensor in which the DC sensor signal S includes the low-frequency state fluctuation component S1.

前記実施形態では、サンプルアンドホールド回路23を、スイッチ231とコンデンサ232とを有するハードウェアで構成していたが、ソフトウェアで構成してもよい。   In the above embodiment, the sample and hold circuit 23 is configured by hardware having the switch 231 and the capacitor 232, but may be configured by software.

前記実施形態では、接触子3が被測定物に非接触の状態から接触状態に移行した後、暫くの間接触状態が継続され、その後再び非接触状態に戻る場合を例にとって説明したが、例えば、接触子3が接触状態から非接触状態に戻らず、接触状態が長期間維持されるような場合においても、本発明は適用可能である。   In the above-described embodiment, the case has been described in which the contact state is continued for a while after the contact 3 shifts from the non-contact state to the object to be measured and then returns to the non-contact state again. The present invention is applicable even when the contact 3 does not return from the contact state to the non-contact state and the contact state is maintained for a long time.

前記実施形態では、トリガ信号TGが出力された(ステップ7)時刻t1と同時に、基準信号Rを変動成分である信号R1から固定値の信号Rt1に切り換えている(ステップ8)が、この切り換えのタイミングは、時刻t1と同時でなくてもよく、時刻t1の後、所定の時間が経過した後であってもよい。
同様に、前記実施形態では、トリガ信号TGが出力された(ステップ5)時刻t2と同時に、基準信号Rを固定値の信号Rt1から変動成分である信号R1に切り換えている(ステップ6)が、この切り換えのタイミングは、時刻t2と同時でなくてもよく、時刻t2の後、所定の時間が経過した後であってもよい。
In the above embodiment, the reference signal R is switched from the signal R1 which is the fluctuation component to the fixed value signal Rt1 (step 8) simultaneously with the time t1 when the trigger signal TG is output (step 7). The timing may not be the same as the time t1, and may be after a predetermined time has elapsed after the time t1.
Similarly, in the above embodiment, the reference signal R is switched from the fixed value signal Rt1 to the signal R1 that is the fluctuation component (step 6) simultaneously with the time t2 when the trigger signal TG is output (step 5). The timing of this switching may not be simultaneous with time t2, but may be after a predetermined time has elapsed after time t2.

前記実施形態では、センサ信号検知回路を接触検知回路9として実現した例について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば圧力検知回路や加速度検知回路として実現することが可能である。   In the embodiment, the example in which the sensor signal detection circuit is realized as the contact detection circuit 9 has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be realized as, for example, a pressure detection circuit or an acceleration detection circuit.

本発明は、スタイラスの振動状態の変化から接触を検知する振動型タッチ信号プローブに利用できる。   The present invention can be used for a vibration type touch signal probe that detects contact from a change in the vibration state of a stylus.

9…接触検知回路(センサ信号検知回路)、21…ローパスフィルタ(ローパスフィルタ部)、22…基準信号生成回路(基準信号生成部)、23…サンプルアンドホールド回路(基準信号ホールド部)、24…トリガ信号出力回路(トリガ信号出力部)、R…基準信号、S…直流センサ信号、S1…低周波の状態変動成分、S2…高周波のノイズ成分、S3…直流レベル変動成分、TG…トリガ信号。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Contact detection circuit (sensor signal detection circuit), 21 ... Low pass filter (low pass filter part), 22 ... Reference signal generation circuit (reference signal generation part), 23 ... Sample and hold circuit (reference signal hold part), 24 ... Trigger signal output circuit (trigger signal output unit), R ... reference signal, S ... DC sensor signal, S1 ... low frequency state fluctuation component, S2 ... high frequency noise component, S3 ... DC level fluctuation component, TG ... trigger signal.

Claims (4)

検出すべき物理量の変化に基づく直流センサ信号の変化を検出するセンサ信号検知回路において、
前記直流センサ信号から基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記直流センサ信号と前記基準信号とを比較するとともに、その比較結果に基づいてトリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、
前記トリガ信号が出力されたときに、前記トリガ信号の出力開始時点における前記基準信号をホールドして、前記トリガ信号が出力されている間はホールドした前記基準信号を前記トリガ信号出力部に出力する基準信号ホールド部とを備え、
前記トリガ信号出力部は、前記トリガ信号が出力されているときに、前記基準信号ホールド部から出力された前記基準信号を、前記直流センサ信号との比較に用いる
ことを特徴とするセンサ信号検知回路。
In a sensor signal detection circuit for detecting a change in a DC sensor signal based on a change in a physical quantity to be detected,
A reference signal generator for generating a reference signal from the DC sensor signal;
A trigger signal output unit that compares the DC sensor signal and the reference signal and outputs a trigger signal based on the comparison result;
When the trigger signal is output, the reference signal at the output start time of the trigger signal is held, and the held reference signal is output to the trigger signal output unit while the trigger signal is output. A reference signal hold unit,
The trigger signal output unit uses the reference signal output from the reference signal hold unit for comparison with the DC sensor signal when the trigger signal is output. .
請求項1に記載のセンサ信号検知回路において、
前記基準信号ホールド部における前記基準信号のホールドは、コンデンサに電荷が蓄えられて電圧が保持されることにより行われる
ことを特徴とするセンサ信号検知回路。
The sensor signal detection circuit according to claim 1,
The sensor signal detection circuit according to claim 1, wherein the reference signal is held in the reference signal hold unit by storing electric charge in a capacitor and holding a voltage.
請求項1または請求項2に記載のセンサ信号検知回路において、
前記直流センサ信号は、直流レベル変動成分に低周波の状態変動成分と高周波のノイズ成分とが重畳されており、
前記直流センサ信号を入力して前記高周波のノイズ成分と前記直流レベル変動成分を遮断して前記低周波の状態変動成分を出力するローパスフィルタ部をさらに備え、
前記ローパスフィルタ部を通過した前記直流センサ信号が、前記トリガ信号出力部において前記基準信号との比較に用いられる
ことを特徴とするセンサ信号検知回路。
In the sensor signal detection circuit according to claim 1 or 2,
In the DC sensor signal, a low frequency state fluctuation component and a high frequency noise component are superimposed on a DC level fluctuation component,
A low-pass filter unit that inputs the DC sensor signal, blocks the high-frequency noise component and the DC level fluctuation component, and outputs the low-frequency state fluctuation component;
The sensor signal detection circuit, wherein the DC sensor signal that has passed through the low-pass filter unit is used for comparison with the reference signal in the trigger signal output unit.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のセンサ信号検知回路において、
前記直流センサ信号は、圧電素子により駆動されるタッチ信号プローブの正弦波状の出力信号から振幅情報を抽出して得られたものである
ことを特徴とするセンサ信号検知回路。
The sensor signal detection circuit according to any one of claims 1 to 3,
The sensor signal detection circuit, wherein the DC sensor signal is obtained by extracting amplitude information from a sinusoidal output signal of a touch signal probe driven by a piezoelectric element.
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